В организма пеметрексед се превръща в активна форма, която блокира активността на ензимите, участващи в синтеза на „ нуклеотиди ” (структурните елементи на ДНК и РНК – генетичния материал на клетките).
Drept rezultat, forma activă a pemetrexedului încetineşte formarea de ADN şi ARN şi împiedică diviziunea celulară.